【正文】 ①寒武系（∈）：自下而上可分為三個統(tǒng)，各統(tǒng)之間均為整合接觸。 中統(tǒng)（∈ 2）：下部為紫紅色頁巖與中厚層狀鮞狀石灰?guī)r互層、間夾薄層灰?guī)r、砂巖和黃綠色頁巖，上部為石灰?guī)r、鮞狀石灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r、鮞狀白云質(zhì)石灰?guī)r組成，夾薄層黃綠色頁巖。 ②奧陶系（ O）：本區(qū)發(fā)育有下統(tǒng)的冶里組和上統(tǒng)的馬家溝組，主要出露于本區(qū)北部。 中統(tǒng)馬家溝組（ O2）：上部為青灰、灰色中厚層狀石灰?guī)r及薄層狀白云質(zhì)灰?guī)r；下部 6 為灰色中厚層狀石灰?guī)r，夾少量角礫狀灰?guī)r及黃綠色泥灰?guī)r、泥巖和透鏡狀石英砂巖。與下伏馬家溝組平行不整合接觸。 （ 5）中生界（ Mz） 工作區(qū)內(nèi)僅有三疊系二馬營統(tǒng)。區(qū)內(nèi)鉆孔揭露最大厚度厚 960m，煤田煤田北部薄壁預(yù)測區(qū)物探推測最厚達 1600m 左右。煤田西南部厚度較大，一般 20m；東北部較薄，一般 11m左右。為一套海陸交互相含煤建造，主要為灰?guī)r～砂巖～粉砂巖～泥巖～煤層交替出現(xiàn)。發(fā)育 L L L L4 四層石灰?guī)r，各層石灰?guī)r之間一般為砂巖～砂質(zhì)泥巖～煤層的沉積特征。主要為泥巖、砂質(zhì)泥巖、煤層和石灰?guī)r，夾砂巖透鏡體。發(fā)育三層灰?guī)r，其中 L8 是本區(qū)重要的標(biāo)志層之一，為深灰色中厚層狀泥晶灰?guī)r，頂部有不規(guī)則的遂石團塊和丘狀交錯層理，厚～ ，一般 7～ 9m。根據(jù)其巖性組合特征，自下而上可分為二 1 煤段、大占砂巖段、香炭砂巖段和小紫泥巖段。下部大占砂巖為灰～深灰色厚層狀中～細粒石英砂巖，富含白云母片及炭屑，局部見小型交錯層理，厚 0～ ，一般 16～ 20m，但厚度在橫向上變化較大，局部夾有二 2 煤；上部為灰色泥巖。下部馮家溝砂巖為灰～灰綠色中細粒砂巖，主要成份為石英，含菱鐵礦及炭屑；上部為灰～灰黑色泥巖、砂質(zhì)泥巖，具白云母碎片及植物化石，中夾一層灰色具紫斑含鮞粒鋁土質(zhì)泥巖（小紫泥巖），全區(qū)穩(wěn)定，為山西組的重要標(biāo)志層。 （ 5）上石盒子組（ P2S） 由四煤底板砂巖底到平頂山砂巖底，厚 ～ ，平均 ，按其沉積旋回，可分為四、五、六、七、八煤段。五煤底板砂巖為灰白色中厚層狀中～粗粒砂巖，具泥質(zhì)團塊，平均厚 ；中上部為一套深灰～灰～紫紅色泥巖、粉砂質(zhì)泥巖，局部夾有砂巖透鏡體。 ④ 七煤段：由田家溝砂巖底到八煤底板砂巖底，厚 ～ ，平均 。中上部為灰、青灰、紫紅色泥巖、砂質(zhì)泥巖、夾砂巖透鏡體，產(chǎn)植物化石及黃鐵質(zhì)結(jié)核。區(qū)內(nèi)廣泛發(fā)育自燕山運動以來所生成的各種構(gòu)造形跡， 構(gòu)造相對復(fù)雜。主要有朱村斷層（ F8）、鳳凰嶺斷層、南張門斷層、前董村斷層和平陵斷層等，它們對北東向斷層起限制作用。 ③ NW 向斷層：基本和東北向斷層垂直，多為張性斷裂，數(shù)量不多，但成對出現(xiàn)，多形成地塹構(gòu)造。這些斷裂構(gòu)造相互交織，形成了大小不一 的斷塊格局，也成為井田布置的主要邊界。的正斷層，落差大于 1000m。 耿黃斷層：為本區(qū)東南部邊界，南起大召營，經(jīng)陳召、廟口，沿京廣鐵路往東北延展與鶴壁煤田的青羊口斷層相當(dāng)，長約 40km。屬新華夏系構(gòu)造體系，力學(xué)性質(zhì)為壓扭性。度 ， 落差 300～ 1000m 的 正斷層。 鳳凰嶺斷層：位于 煤田 中南部，從焦作、修武縣城北止于耿黃斷層，區(qū)內(nèi)長 60km，為走向東西，傾向南，傾角約 70186。上新世以來斷層落差約為 250m，局部見有斷裂錯斷晚上更新世 — 早中更新世地層，表明中更新世前斷曾有過活動。為走向北 60186。東，至五里源后即轉(zhuǎn)為東西向，長 40km?？傮w走向 45186。九里山斷層與薄壁斷層組成地塹，其間沉積了巨厚的第三系和第四系地層。 SE 170～ 630 方莊正斷層 10 150186。 SE 0～ 300 油坊蔣正斷層 10 60～ 70186。 墻南向斜：西起焦南井田于村，東至修武縣城，軸向近東西，軸長 25km，兩翼寬 6 km。 12 朱營背斜：位于照鏡預(yù)測區(qū)內(nèi)，西起演馬莊井田東南部，經(jīng)朱營延至南張門斷層，軸長 18km，東部軸向北 35186。東，向南西傾伏，軸部傾角 4186。西，軸長 5km，向南東 傾伏，軸部傾角 5186。 （ 3）構(gòu)造演化史及力學(xué)特征 焦作煤田處于太行山南麓差異運動應(yīng)力多變區(qū)，緯向、華夏系、新華夏系和北西向構(gòu)造的復(fù)合部位，多期次、不同構(gòu)造應(yīng)力場的構(gòu)造運動的 疊 加，形成了目前較為復(fù)雜的構(gòu)造形態(tài)和應(yīng)力狀態(tài)。平原區(qū)由于長期下降，相繼沉積了 中更新統(tǒng)、上更新統(tǒng)，其 中上更新統(tǒng) 厚度就達 500～ 700m，最厚達 1000m以上。 根據(jù)區(qū)域構(gòu)造背景以及煤田內(nèi)構(gòu)造之間的切割關(guān)系，可以認為本區(qū)含煤地層形成后，至少經(jīng)歷了海西 —印支、燕山和喜山三期主要不同方向的構(gòu)造應(yīng)力場作用，形成了不同類型、不同產(chǎn)狀的構(gòu)造形跡 [18]：晚古生代 的海西（ P） —印支運動（ T）的 S—N 向擠壓應(yīng)力場作用，形成了軸向近東西向的褶皺構(gòu)造和近東西向的壓扭性斷裂；中生代的燕山運動（ JK）的 NW—SE 向主壓應(yīng)力作用，產(chǎn)生一系列近南北向的壓扭性的左旋剪切斷裂和一組近東西向的壓扭性右旋剪切斷裂，以及一組北西向的張性斷裂，在區(qū)域擠壓應(yīng)力的持續(xù)作用下，形成了軸向北東的太行山復(fù)背斜隆起，同時在 背 斜軸部和翼部形成了一系列的北東向縱張斷裂，這些斷裂的差異升降運動，進而形成了區(qū)內(nèi)的階梯狀、地塹、地壘狀斷塊構(gòu)造；新生代的喜馬拉雅運動（ Q+R）的 NEE～ SWW 向主壓應(yīng)力作用，對早期 形成的構(gòu) 13 造不同程度的改造和復(fù)合，使得斷裂構(gòu)造結(jié)構(gòu)面力學(xué)性質(zhì)展布方向發(fā)生了轉(zhuǎn)化，并產(chǎn)生了一些新的構(gòu)造形跡，一組為 NNE向和一組 NWW 向的剪切斷裂及一組 NNE向的張性斷裂，使煤田成為一系列菱形破碎小斷塊。 （ 4）構(gòu)造運動對煤層氣的影響 煤及伴生的煤層氣的生成和保存與構(gòu)造演化具有密切的關(guān)系， 地殼構(gòu)造運動是 煤層埋藏 古地?zé)釄?生烴史 演化過程中 ，是煤層氣富集的重要動力學(xué)基礎(chǔ)。此時的構(gòu)造運動主要對煤層的形成起到控制作用。 褶皺期階段：中生代的燕山運動中晚期，在局 部強大的熱力場作用下，煤層變質(zhì)程度進一步增高，達到無煙煤。由于斷塊間的差異升降作用，使 局部煤層處于不斷抬升、埋 14 藏變淺，以及大量張性裂隙的生成，煤層氣有一定程度的逸散，煤層氣含量減少。北部太行山高 +500～ +1500m，寒武系、奧陶系巨厚灰?guī)r出露，總厚 800～ 1000m，構(gòu)成深山峽谷，這些石灰?guī)r形成溶溝、溶槽及落水洞等巖溶地貌以及地下溶洞、裂隙的發(fā)育，大量接受大氣降水，為地下水提供了良好的儲運空間和徑流通道，是地下水的補給區(qū)，匯水口寬 40km左右，匯水面積約 1800km2，滲入補給量 [22]。 區(qū)內(nèi)地表水較為發(fā)育，橫跨黃河、海河兩個流域，由東向西主要有滄河、百泉河、黃水河、石門河、峪河、紙坊河、山門河、沙河、衛(wèi)河等，均為海河水系；丹河、沁河等屬黃河水系。廣泛出露于北、西部太行山區(qū)，煤田內(nèi)僅九里山、古漢山有零星出露，總厚度 800～ 1000m。 （ 2）碎屑巖夾碳酸巖鹽巖巖溶裂隙含水層組 由太原組石灰?guī)r與砂巖互層組成，其中灰?guī)r含水層 9 層，以上段 L下段 L2 、 L3 灰?guī)r發(fā)育，厚度分別為 6～ 8m和 8～ 21m， L8 灰?guī)r為二 1 煤層底板直接充水含水層， L2 、 L3灰?guī)r為一 1 煤層直接頂板充水含水層。 （ 3）碎屑巖類砂巖裂隙水含水巖組 主要由山西組砂巖組成，其中頂部風(fēng)化巖層厚 30m 左右，滲透系數(shù) ～ ；未風(fēng)化砂巖含水層單位涌水量 ～ ，滲透系數(shù) ～ ，該組砂巖含水層與泥巖、砂質(zhì)泥巖隔水層相間沉積，為弱含水層組。新第三系多以半固結(jié)為主，富水性較弱 [25]。以東井交斷層至黃水河斷層北側(cè)的分水嶺和紙坊溝以北的奪火鄉(xiāng)至峪河口地下分水嶺將本區(qū)九里山巖溶水系統(tǒng)分為北部百泉巖溶水子系統(tǒng)、中部十里河巖溶水子系統(tǒng)和南部的雙頭泉巖溶水子系統(tǒng)。 六十年代以后，隨著礦井排水和城市供水、工業(yè)用水等排水量增加，地下水以人工排泄為主，西部、北部泉群相繼出現(xiàn)干涸現(xiàn)象。 現(xiàn)有鉆孔資料表明，本區(qū)煤層最多 15 層，其中太原組 9 層，山西組 6 層。 表 31 不同區(qū)塊煤厚情況統(tǒng)計 區(qū)塊 焦西停采區(qū) 焦南未采區(qū) 焦東采區(qū)北部 焦東采區(qū)南部 焦東未采區(qū) 二 1 煤 煤厚 ～ 0～ 0～ ～ 平均 （ 1）二 1 煤層 二 1 煤層位于山西組下部，上距砂鍋窯砂巖 ～ 89m，一般為 60m左右，下距太原組 L8 石灰?guī)r平均 m，全區(qū)發(fā)育，屬較穩(wěn)定厚煤層，煤層結(jié)構(gòu)較簡單，局部有分岔現(xiàn)象，一般不含夾矸，局部含 1～ 2 層夾矸。 煤田南部的焦南、墻南、恩村井田煤厚變化受墻南向斜的影響，地質(zhì)剖面圖上煤厚呈波浪型變化，有厚薄相間的特點，總體表現(xiàn)為向斜軸部兩側(cè)厚而翼部薄、東南厚西南、北部較薄的趨勢，在向斜軸部附近煤厚超過 10m，在西北、西南局部出現(xiàn)薄煤帶或無煤帶。泥巖多分布于恩村井田、墻南詳查區(qū)和趙固普查區(qū)，厚度 ～ ，一般厚 1～ 3m，平均厚 ；砂質(zhì)泥巖、粉砂巖主要分布于 煤田 中部的演馬莊、九里山、馮營井田和趙固勘探區(qū)，厚度 ～ ，一般 1～ 7m，平均 ；砂巖（細、中、粗粒砂巖）零星分布于 煤田 各處，以中馬村井田最多，主 要分布在井田的東南部，呈條帶狀分布，厚度 ～ ，一般 6～ 9m，平均 。 19 表 32 本次鉆孔 煤層及頂?shù)装鍘r石力學(xué)性質(zhì)測定 結(jié)果 表 巖 性 層 位 抗壓強度 /MPa 軟化 系數(shù) 天然抗剪 抗拉 強度 /MPa 變形指數(shù) 干燥 飽和 C /MPa Ф /度 彈模 /?104MPa 泊松比 泥 巖 二 1 煤頂板 ~ 砂質(zhì)泥巖 ~ 中砂巖 ~ 中砂巖 ~ 泥 巖 ~ 泥 巖 ~ 砂質(zhì)泥巖 二 1 煤底板 ~ 泥 巖 ~ 灰 巖 ~ 表 33 以往焦作煤田 主要煤層頂、底板巖石物理力學(xué)性質(zhì)試驗 統(tǒng)計結(jié)果 項目 砂巖 粉砂巖 砂質(zhì)泥巖 泥巖 石灰?guī)r 比重（ 103kg/m3） ～ ～ ～ ～ ～ 容重（ 103kg/m3） ～ ～ ～ ～ ～ 抗壓強度（ kg/cm3） 范圍 208～ 1545 518～ 985 270～ 1003 298～ 899 224～ 914 平均 503 583 569 抗拉強度 （ kg/cm3） 范圍 ～ 12～ 17 ～ ～ 181 94～ 342 平均 24 102 212 抗剪強度 （ kg/cm3） 范圍 ～ 638 ～ 174 ～ 平均 373 110 37 內(nèi)聚力（ C） 內(nèi)摩擦角（ 186。煤巖類型以光亮型 —半亮型煤為主，有少量的半暗型和暗淡型煤。鏡質(zhì)組組成以弱非均質(zhì)性的無結(jié)構(gòu)鏡質(zhì)體為主，單偏光下呈亮黃色，除少量結(jié)構(gòu)鏡質(zhì)體外，一般為無定形的基質(zhì)鏡質(zhì)體、透鏡狀和團塊狀均質(zhì)鏡質(zhì)體；正交偏光下，有條帶狀或黑白花紋交織席狀隱結(jié)構(gòu)顯示、而形態(tài)大小不一的各向異性熱解碳鑲嵌于鏡質(zhì)組中。二 1 煤顯微組分 統(tǒng)計結(jié)果 表 41。 （ 3）發(fā)熱量：二 1 煤的發(fā)熱量一般均大于 MJ/Kg，為特高熱值煤 。 裂隙性 本區(qū)二 1 煤層變質(zhì)程度較高，割理不甚發(fā)育，僅在鏡煤條帶中有割理存在。 22 通過各礦井井下煤層觀察，發(fā)現(xiàn)煤中存在著大小不等的裂隙，既有穿過整個煤層甚至插入頂?shù)装宓拇罅严兑约扒写┟簩訆A矸而中止于煤層頂?shù)装宓妮^大裂隙，也有中止于煤層夾矸僅在煤分層分布的小裂隙，還有僅發(fā)育于鏡煤條帶中的微裂隙，裂隙尺寸大小懸殊，大的裂隙（或小斷層）發(fā)育數(shù)量較少，小裂隙發(fā)育數(shù)目相對較多。在九里山礦井下觀察發(fā)現(xiàn)，裂隙常常被方解石脈充填，勢必降低了裂隙的滲透性。但對同一煤樣，相同方 法測試得到的數(shù)據(jù)一定程度上能夠反映對應(yīng)的測試范圍內(nèi)孔隙變化的規(guī)律性。 表 44 焦作煤田二 1 煤的納米級孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù) 孔隙參數(shù) 比表面積（ cm2/g） 孔容（ 104cm3/g） 平均孔徑（ nm） 范圍 820～ 519700 ～ 128 ～ 平均 121987 注：表中數(shù)據(jù)來源于低溫液氮法實驗結(jié)果。由此可見，焦作煤田二 1 煤的吸附能力很強，并且具有一定的擴散能力，但滲流或?qū)恿髂芰苋酢? 本次研究中，以當(dāng)前煤層氣吸附性測試中普遍采用的美國 Terra Tek 公司生產(chǎn)的 IS100高壓等溫吸附儀，模擬地層含水情況對焦作煤田不同井田內(nèi)二 1 煤層和所施工鉆孔的二 1煤層的煤樣進行了 等溫吸附實驗，并對以往區(qū)內(nèi)等溫吸附實驗資料進行了搜集。 含氣性 煤儲層的含氣性表示地層狀態(tài)，煤層中氣體含量大小、成分及含氣飽和度，煤層氣含量指自然條件下單位質(zhì)量的煤中所含氣體的體積量；而氣體 成分指自然條件下煤中氣體各組成成分的濃度百分比。經(jīng)遴選，本次評價 可 利用鉆孔煤層氣含量數(shù)據(jù) 150 組 ，其中二 1 煤層 146 組 （包括 5 口煤層氣參數(shù)井和 3 口本次項目進展期間鉆孔獲得的數(shù)據(jù)），數(shù)據(jù)主要 分布在煤田淺部勘查區(qū)。由此說明，即使構(gòu)造變化不大的同一塊段，煤儲層含氣量到一定深度趨于飽和值，深度增加，含氣量增大幅度很弱?？蓳?jù)等溫吸附曲線、實測儲層壓力、實測含氣量等計算，即： 式中： S，含氣飽和度， %； Q，實測含氣量， m3/t； V，理論含氣量，即實測儲層壓力對應(yīng)的飽和吸附量（將儲層壓力代入朗格繆爾方程 V=VL*P/（ P+PL）求得），